СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ НА ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ С ОПРЕДЕЛЕНИЕМ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО РЕЗОНАНСА Российский патент 2001 года по МПК G01R27/26 G01R27/00 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к резонансному способу измерения емкости, и может найти применение в измерении емкости диодной матрицы кремниевых планарных диодов в термостатах, радиационных камерах, барокамерах, в устройствах автоматического регулирования, работа которых основана на измерении емкости, и в других объектах, отдаленных от прибора и оператора.

Известные резонансные способы измерения емкости не позволяют измерять на большом расстоянии от прибора и оператора малую емкость в широком диапазоне. Так, способ измерения емкости, основанный на измерении добротности колебательного контура, и способ двух генераторов, собранных по одинаковой схеме [1] и [2], не позволяют измерять малую емкость в широком диапазоне на большом расстоянии от прибора и оператора.

Известен способ дистанционного измерения малой емкости на высоких частотах в патенте на изобретение за N 2131130, выбранный в качестве прототипа [3] . В этом способе диапазон измерения малой емкости ограничен линейно падающим и линейно падающим и линейно возрастающим участком амплитудно-частотной характеристики и не позволяет дистанционно измерять малую емкость в более широком диапазоне, например, от 2 до 8,8 пф.

С целью расширения диапазона дистанционного измерения малой емкости на высоких частотах в колебательную систему, выполненную в виде линии с распределенными параметрами, длина которой составляет нечетное число четвертей длин волн высокочастотного сигнала, подают высокочастотный сигнал с частотой, равной резонансной частоте высокочастотного резонанса в конце линии с распределенными параметрами, подключают к колебательной системе минимальную и максимальную калибровочные емкости, определяют соответствующие им резонансные частоты, подключают к колебательной системе измеряемую емкость, а о величине измеряемой судят по частоте высокочастотного резонанса, при этом используют линейный участок изменения резонансной частоты при линейном изменении величины подключаемой емкости.

На фиг. 1 представлен вариант блок-схемы устройства, реализующего данный способ.

Устройство содержит генератор высокой частоты 1, пиковый детектор 2, усилитель низкой частоты 3, колебательную систему с распределенными параметрами L_oC_o, измеряемую емкость C_x.

На фиг. 2 представлены амплитудно-частотные характеристики, поясняющие процесс измерения малой емкости.

Высокочастотный сигнал подают в колебательную систему с частотой f_p0, равной резонансной частоте высокочастотного резонанса в конце линии с распределенными параметрами. Подключают минимальную калибровочную емкость C_kmin, определяют соответствующую ей резонансную частоту f_p1. При этом . Подключают максимальную калибровочную емкость C_kmax, определяют соответствующую ей резонансную частоту f_p2. При этом . Получают калибровочную характеристику. Отключают калибровочную емкость. Подключают емкость C_x и определяют соответствующую ей резонансную частоту f_резx. При условии f_p2 < f_резx < f_p1 измеряемая емкость будет находиться в пределах C_kmax > C_x > C_kmin. По резонансной частоте f_резx и по калибровочной характеристике определяют величину измеряемой измеряемую емкости C_x. При этом используют линейный участок изменения резонансной частоты при линейном изменении величины подключаемой емкости.

Экспериментальные данные
Пример конкретного дистанционного измерения емкости на высоких частотах с определением резонансной частоты высокочастотного резонанса.

Для дистанционного измерения емкости на высоких частотах с определением резонансной частоты высокочастотного резонанса (фиг. 1) используют генератор высокой частоты 1 (Г4-143), пиковый детектор 2, усилитель низкой частоты 3 или осциллограф С1-165, колебательную систему с распределенными параметрами L_oC_o - Кабель РК-75 длиной 1 м 82 см.

Высокочастотный сигнал от генератора 1 подают в колебательную систему, частота которого равна резонансной частоте колебательной системы в конце линии с распределенными параметрами.

Подключают калибровочную емкость C_kmin, равную 2.2. пф (фиг. 2). Определяют резонансную частоту, равную f_p1, которая оказалась равной 162 МГц. Подключают максимальную калибровочную емкость C = 8,8 пф. При этом определяют резонансную частоту, равную f_p2. Она оказалась равной 153,8 МГц. Получают калибровочную характеристику. При условии f_p2 < f_резx < f_p1 по калибровочной характеристике определяют величину измеряемой емкости C_x. Измеряемая емкость обратно пропорциональна частоте высокочастотного резонанса.

1. Снята амплитудно-частотная характеристика высокочастотного резонанса в конце линии с распределенными параметрами (см. табл. 1).

2. Снята калибровочная характеристика: подключают известные емкости и определяют соответствующие им резонансные частоты (см. табл. 2).

3. Подключают измеряемую емкость C_x. Резонансная частота оказалась равной, например, f_резx = 156 МГц. По калибровочной характеристике при f_резx = 156 МГц определяют измеряемую емкость C_x. Она оказалась равной 6,6 пф.

При этом используют линейный участок изменения резонансной частоты при линейном изменении величины подключаемой емкости.

Литература
1. Справочник по радиоизмерительным приборам. Т. 1. (Под редакцией В.С. Насонова. -М.: Сов. Радио, 1976.-C. 131-132.

2. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. -М.: Высшая школа, 1989. -C. 296-297.

3. Патент на изобретение N 2131130 RU 2131130 Cl, 6 G01 R 27/26, 9710742/09, 27.05.99 Бюл. N 15.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к резонансному способу измерения емкости на высоких частотах. Технический результат изобретения заключается в обеспечении расширения диапазона измерения малых емкостей на высоких частотах на расстоянии от прибора и оператора. Указанный технический результат достигается путем использования резонанса в конце линии с распределенными параметрами, длина которой составляет нечетное число четвертей длин волн высокочастотного сигнала и определения резонансной частоты высокочастотного резонанса. 2 табл., 2 ил.

Способ дистанционного измерения емкости на высоких частотах с определением резонансной частоты высокочастотного резонанса, в котором использована колебательная система, выполненная в виде линии с распределенными параметрами, длина которой составляет нечетное число четвертей длин волн высокочастотного сигнала, отличающийся тем, что на колебательную систему подают высокочастотный сигнал с частотой, равной резонансной частоте высокочастотного резонанса в конце линии с распределенными параметрами, подключают к колебательной системе минимальную Ckmin и максимальную Ckmax калибровочные емкости, определяют соответствующие им резонансные частоты fр1 и fр2, получают калибровочную характеристику, подключают к колебательной системе измеряемую емкость и определяют соответствующую ей резонансную частоту fрезx, при условии fр2 < fрезx < fр1 о величине измеряемой емкости судят по частоте высокочастотного резонанса и по калибровочной характеристике, при этом измеряемая емкость обратно пропорциональна частоте высокочастотного резонанса.